基于灯珠的LED显示屏缺陷原因分析。
2025-Nov-Mon

   随着当前LED显示屏的广泛应用,SMD LED显示屏已牢固确立了其市场地位。SMD LED显示屏使用一段时间后,可能会出现死灯和焊接失效。这段时间可能从几个月到几年不等,也可能是LED显示屏制造商在生产过程中出现了此类问题。可以说,死灯和焊接失效一直是LED显示屏制造商在SMD组件封装中不可避免的问题。从灯珠的角度分析,有以下几个原因: 

  1.LED电子屏幕无法点亮与LED光源有关。LED光源的五大材料分别是金线、芯片、支架、荧光粉、固晶胶和封装胶。如果其中任何一个组件出现问题,都可能导致LED显示屏出现死灯。 

 2. 金线具有导电率高、导热性好、耐腐蚀、化学稳定性优异和韧性好等特点。但金线的价格相对较高,导致封装成本比其他材料高出数倍甚至数十倍。

 3. 金线在拉丝过程中,线材表面会出现缺陷。如果这些缺陷超过线径的5%,如划痕、擦伤、突起、裂纹、凹坑和折叠,将导致电流密度增加,使受损部位容易烧毁,同时降低抵抗机械应力的能力,导致内部引线连接点断裂。此外,如果金线表面被锈迹、油污和灰尘污染,将降低金线与LED芯片之间以及金线与支架之间的键合强度,导致发光二极管失效。 

  4. LED灯珠的抗静电能力与LED发光芯片有关,与封装工艺和材料的关系不大或没有显著影响。如果LED电子屏幕受到静电影响,可能导致死灯。也就是说,静电对LED灯珠的影响与LED灯珠两个引脚之间的距离有关。如果LED芯片裸晶的两个电极之间的距离非常小,一般小于100微米,而LED引脚为2毫米。当静电电荷需要转移时,距离越大,越容易形成大的电位差,即高电压。因此,封装好的LED灯珠往往更容易受到静电的影响。 

  5. 在LED外延片的高温晶体生长过程中,如果沉积材料残留物、MOCVD反应室外的气体以及Mo源引入杂质,这些杂质会渗入外延层,阻止氮化镓晶体的形成,导致各种外延缺陷。这会导致外延层表面形成微小凹坑,严重影响外延薄膜材料的晶体质量和性能。 

  6. 在LED芯片制造过程中,有一个关键步骤叫做残留电极处理,涉及清洗、黄光曝光、熔合、蒸发、化学蚀刻和研磨。这些工艺会接触到许多化学清洗剂。如果芯片清洗不彻底,有害化学物质会残留。这些残留的有害化学物质在LED通电时会与电极发生电化学反应,导致光衰、发黑、变暗和死灯等现象。 

  7. LED电子屏幕芯片的损坏将直接导致LED失效。因此,必须增强LED芯片的可靠性。如果黄光操作的显影过程不完整,光罩有孔洞,发光区将残留多余的金属。在前端制造过程中,清洗、蒸发、黄光曝光、化学蚀刻、熔合、研磨等各种工艺都必须使用镊子、篮筐、载具等。因此,晶粒上可能会出现电极划痕。在蒸发过程中,有时需要用弹簧夹固定芯片,从而造成压痕。芯片电极对焊点的影响包括:芯片电极本身蒸镀不可靠,导致焊接后电极脱落或损坏;芯片不当会导致电极表面氧化和表面污染;键合表面的轻微污染可能导致两者之间金属原子扩散,造成失效或虚焊;而芯片电极本身的可焊性差会导致焊球虚焊。 

  8. 一般市场上,LED光源的引线框架主要材料是铜。为了防止铜氧化,通常在框架表面电镀一层银。如果银层太薄,在高温条件下容易变黄。因此,银层发黄不是银层本身引起的,而是受其下方铜层的影响。在高温下,铜原子会扩散并渗透到银层表面,导致银层变黄。铜的可氧化性是铜最大的缺点。一旦铜处于氧化状态,导热性和散热性能将显著下降。因此,银层的厚度至关重要。同时,铜和银都容易受到空气中各种挥发性硫化物、卤化物及其他污染物的腐蚀,导致其表面变暗和变色。研究表明,变色会使表面电阻增加约20-80%,增加电能损耗,并显著降低LED的稳定性和可靠性,甚至导致严重事故。 

  9. LED光源怕硫,因为含硫气体可以通过硅胶的多孔结构或支架的间隙,并通过硫化过程与光源的镀银层发生反应。LED光源发生硫化反应后,产品的功能区域会变黑,光通量逐渐下降,色温会出现明显漂移;硫化后的硫化物会随着温度升高而增加其导电性,在使用过程中很可能导致漏电;更严重的情况是银层完全被腐蚀,铜层暴露出来。由于金线焊点附着在银层表面,当支架功能区域的银层完全硫化和腐蚀后,金球会脱落,导致死灯。 

 10. 在电镀生产实践中,金属镀层的厚度以及镀层的均匀性和完整性是评价镀层质量的重要指标之一。这是因为镀层的防护性能、孔隙率等都与镀层厚度直接相关。镀层类型为阴极镀层。随着厚度的增加,镀层的防护性能也随之提高。如果镀层厚度不均匀,镀层最薄弱的部分通常最先损坏,即使其余部分镀层较厚,也会失去防护作用。镀层孔隙率较高,氧气等腐蚀性气体可通过孔隙进入并腐蚀铜基体。 

  11. 水口料对LED封装支架的散热至关重要。如果PPA支架采用水口料制成,会降低PPA的塑料性能,导致以下问题:耐热性差,易变形,发黄,反射率下降;吸水率高,导致支架因吸水而产生尺寸变化和机械强度降低;与金属和硅胶的附着力差,难以粘接,并且与多种硅胶不匹配。这些潜在问题使得灯珠难以在稍大功率下使用。一旦使用功率超出范围,初始亮度很高,但衰减很快,几个月内光线就会变暗。 

12. 含有可水解氮化物的荧光粉容易水解而失效。 

 13. 荧光粉的自热机理导致荧光粉层的温度通常高于LED芯片的p-n结温度。原因是荧光粉的转换效率无法达到100%。因此,荧光粉吸收的部分蓝光转换成黄光。在高光能密度LED封装中,荧光粉吸收的另一部分光能变成热能。由于荧光粉通常与硅胶混合,而硅胶的导热系数非常低,仅为0.16 W/mK,荧光粉产生的热量积聚在较小的局部区域,导致局部高温。LED的光密度越高,荧光粉产生的热量就越大。当荧光粉的温度达到450摄氏度以上时,荧光粉颗粒附近会发生碳化。一旦硅胶的某个区域出现碳化和发黑,其光转换效率就会降低。该区域会吸收更多LED发出的光能并转化为更多热量。温度持续升高,导致碳化区域越来越大。 

 14. 银胶的基材是环氧树脂类材料。其热膨胀系数远大于芯片和支架。在灯珠的冷热冲击使用环境中,由于热量问题,会产生应力。在温度剧烈变化的环境中,这种效应会更加剧烈。粘合剂本身具有拉伸断裂强度和伸长率。当拉伸力超过此极限时,粘合剂会断裂。键合胶在界面处剥离,散热变得极差,芯片产生的热量无法传导出去,结温迅速升高,大大加速了光衰过程。 

  15. 在灯珠的冷热冲击使用环境中,由于热量问题会产生应力。在温度剧烈变化的环境中,这种效应会更严重。凝胶本身具有拉伸断裂强度和伸长率。当拉伸力超过此极限时,凝胶会断裂。 

 16. LED电子屏幕失效的原因包括五个因素:金线、芯片、LED支架、荧光粉和封装胶。如果这些因素中的任何一个受到影响,都会导致LED显示屏出现死灯。


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